腐蝕大數據技術重塑新材料研發、防護新未來

原文發表于《科技導報》2025 年第17 期 《 腐蝕大數據技術及其智慧工程應用 》

腐蝕是威脅材料服役安全與使用壽命的核心因素，腐蝕數據往往呈現出多源異構、時間長、跨尺度及非線性等復雜特征，對傳統監測與分析方法構成嚴峻挑戰。本文系統梳理了腐蝕大數據技術在理論創新、數據整合與工程應用等方面的最新進展，重點闡釋了在智慧工程應用場景中，腐蝕大數據技術實現的3大核心功能，并展望了在海洋工程、能源互聯網等關鍵領域的廣闊應用前景，為相關行業的智能化腐蝕防護提供了重要參考。

材料作為裝備和設施的基本構成部分，在服役時最主要的失效模式之一就是腐蝕。腐蝕是指材料在自然環境或人為因素的作用下，通過化學、電化學或物理反應，導致其結構、性能和外觀的退化過程。從化工、石油、電力等重工業領域，到食品加工、造紙、紡織等輕工業范疇，乃至航空航天、海洋工程等高端科技行業，腐蝕現象廣泛存在且危害巨大。因此，對材料的腐蝕現象進行有效的監測、預警，從而防止事故發生，顯得尤為迫切。

中國材料腐蝕研究已歷經60余年的發展和積累。進入21世紀后，材料腐蝕研究平臺在2011年成功通過科技部和財政部的認定，成為全球開放的公益性試驗研究基地，建設成為了由30個國家野外試驗站和1個平臺中心組成的國家級自然環境腐蝕野外試驗新平臺。通過長期的野外腐蝕試驗和觀測，27個國家野外站及“一帶一路”沿線150余個典型材料服役環境總計超過2000萬條數據，持續開展5大類800余種材料、最長達35年的材料腐蝕數據積累，基本支撐了國家建設的需要（圖1）。

圖1 腐蝕大數據技術發展歷程

長期以來，傳統腐蝕監測方法在應對腐蝕問題中發揮了一定作用，但隨著工業生產規模的不斷擴大與環境復雜性的提升，其局限性日益凸顯。為突破傳統腐蝕監測技術的瓶頸，滿足各行業對腐蝕精準監測與防控的迫切需求，腐蝕大數據技術應運而生。

2015年，中國學者在Nature發表文章，首次提出材料腐蝕大數據概念及理論框架，為全球材料腐蝕學科邁入大數據時代奠定了理論基石。隨著材料腐蝕大數據理論的深入發展，材料腐蝕科研模式逐漸從依賴個人經驗向依托大數據的科研第4范式轉變，國家材料腐蝕與防護科學數據中心在這一過程中發揮了關鍵作用，其歷經國家科委腐蝕學科組時期、全國腐蝕網站建設時期等多個發展階段，逐步構建起完善的數據管理與應用體系。通過自主研發技術并不斷更新迭代，自行積累數據且不斷整理深化，中國已逐步成為全球材料腐蝕研究的重要參與者，為全球材料腐蝕與防護領域提供了強有力的數據支持和理論指導。

在此背景下，深入開展腐蝕大數據技術相關研究，對于提升各行業腐蝕防護水平，保障設備安全穩定運行，降低經濟損失與環境風險，具有重要的現實意義與應用價值。

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理論與技術創新

腐蝕大數據技術是指通過對先進的傳感器、監測設備和信息技術進行系統性整合后，收集與腐蝕相關的多維度、高通量數據并進行整合、識別、清洗、分析、建模、預測等處理的新技術。腐蝕大數據具有多源異構性、動態性和復雜性等特點，能夠有效監控腐蝕過程的演變趨勢，并對潛在的腐蝕風險進行預測，為決策提供科學依據。如圖2所示，材料腐蝕大數據由以下4個部分組成：多源異構腐蝕數據的高通量采集、多維智能關聯數據庫建設，并在此基礎上，實現腐蝕大數據挖掘建模與可視化，最終實現腐蝕大數據共享與物聯網平臺建設。

圖2 腐蝕大數據的4個主要組成部分

國家材料腐蝕與防護科學數據中心的研究致力于為10大行業（石油、化工、電力、建筑、交通、航空、航天、鋼鐵、冶金、船舶）研發36種腐蝕監測傳感器應用技術，如圖3所示。通過采用多種探針技術（如電化學探針、電磁探針、光學探針等），結合傳感器網絡和智能化數據采集系統，可以實現對不同材料在復雜環境下的實時監測。

圖3 36種腐蝕檢測傳感器應用技術

1.1 多源異構腐蝕數據的高通量采集

腐蝕是材料在環境因素作用下逐漸退化的復雜過程，傳統的腐蝕監測方法主要依賴手動檢測或單一的傳感技術，無法實現實時、全面的監控。因此，發展高通量數據采集技術成為解決這一問題的關鍵。

為了解決這一難題，基于電偶探針、電阻探針等12種材料腐蝕監測原理與方法，國家材料腐蝕與防護科學數據中心研發出了能大幅度提高腐蝕監測效率和精度的腐蝕大數據高通量采集技術。

針對工業設備腐蝕監測中的數據碎片化難題，創新性構建物聯網技術驅動的腐蝕大數據高通量采集體系。通過部署針對實際工況和使用條件的傳感器，實現金屬構件腐蝕電流采集。同時，多源開放式系統，能夠同時融合來自大氣、土壤、水環境及工業環境等多個環境因子的實時數據，全面監測和分析腐蝕過程。通過融合這些多維環境數據，能夠全面評估腐蝕的外部環境條件，進而對不同類型的腐蝕（如化學腐蝕、電化學腐蝕、機械腐蝕等）進行更加精確的監測和預測。多源開放式系統的實施，將大大增強腐蝕管理的全面性、智能化和精確化，為各行各業提供更加可靠的腐蝕防護支持。

1.2 多維智能關聯數據庫建設

腐蝕智能數據庫能夠實現腐蝕數據的自動歸類和整理，通過整合多種傳感器設備和監測系統，結合開放數據源，系統實時采集到的來自大氣、土壤、水環境及工業環境等多個維度的腐蝕相關數據都可以在腐蝕智能數據庫的框架下進行分類和儲存。在數據采集過程中，腐蝕智能數據庫能夠自動進行數據清洗與預處理，確保數據的時效性、準確性與完整性，進而將其存儲并結構化管理，以便后續高效查詢與分析。知識推理是腐蝕智能數據庫的核心功能之一。通過對腐蝕知識庫中的數據進行圖譜化建模，揭示不同腐蝕類型與環境因子之間的內在聯系。腐蝕智能數據庫具備智能決策能力。通過結合機器學習算法和深度學習模型，能夠根據歷史數據、實時監測數據及推理結果，自動為用戶提供個性化的防護建議和優化方案。

基于該智能數據庫平臺對國家材料腐蝕與防護科學數據中心進行基礎建設，并結合大數據分析與人工智能技術，為構建腐蝕科學大模型提供關鍵技術支持。腐蝕智能數據庫綜合多個領域的腐蝕數據與知識，全面描述腐蝕過程的演變規律，并對腐蝕的未來發展進行預測。該模型在全球范圍內為腐蝕防護的理論研究與實際應用提供強有力的技術保障。

1.3 腐蝕大數據挖掘建模與可視化

多源異構腐蝕大數據具有復雜性與多樣性等既有屬性，收集多源異構腐蝕大數據需要對材料服役過程進行大數據挖掘、建模與可視化研究。

通過結合材料的合金成分、微觀結構特征及外部環境因素（如溫度、濕度、壓力和腐蝕介質等），構建多維度的模型框架。借助數據挖掘與建模，重點分析材料在不同服役環境下的腐蝕行為。通過這些模型，不僅能夠為設施裝備的服役安全提供科學依據，還能為耐蝕新材料的研發提供理論支持，從而推動材料設計與優化的進程。此外，腐蝕大數據技術涵蓋圖像識別與連續仿真，利用現有知識探索如何補充缺失的物理信息，從而實現對腐蝕動力學過程的全面模擬與可視化。腐蝕大數據技術有效預測和控制腐蝕過程的發生與發展，為腐蝕控制策略的制定提供科學依據，為工業設備和基礎設施的預防性維護與管理提供數據支持，降低腐蝕引發的安全隱患和經濟損失。

1.4 腐蝕大數據共享與物聯網平臺建設

國家材料腐蝕與防護科學數據中心通過建立物聯網監測平臺與大數據智能系統，實現對設施裝備材料腐蝕過程的全面監控與共享分析。此外，平臺結合智能決策支持系統，基于實時監測數據和歷史趨勢生成腐蝕風險預警，輔助決策者制定科學的維護與防護措施。物聯網監測平臺與大數據智能系統不僅提升了設施設備的安全性和運行效率，還通過共享數據與協同分析，推動了新型耐蝕材料研發和腐蝕防護技術的創新與應用，為設備管理和維護決策提供了強有力的支持。

02

數據資源匯聚與整合

國家材料腐蝕與防護科學數據中心通過構建以“國家級野外臺站?重點行業觀測點?海外聯合觀測點”為核心的腐蝕大數據觀測網絡與數據采集平臺，成功實現了腐蝕數據的全面監測與共享。研究成果包括以下3個方面。

（1）聯合自然環境腐蝕聯網觀測體系的建立。不僅整合了多個領域的觀測數據，還推動了數據資源的有效整合與共享服務，為材料腐蝕的多維度研究提供了全面的數據支持。

（2）分中心與聯合實驗室的建設。通過這種方式，團隊能夠在不同領域和地區高效匯總、分析及共享關鍵的腐蝕數據，推動腐蝕防護技術的快速應用與推廣。

（3）全球合作與國際化數據共享平臺的搭建。旨在促進跨國界的數據交流與技術合作，進一步推動腐蝕科學在全球范圍內的發展與應用。

2.1 粵港澳大灣區分中心

國家材料腐蝕與防護科學數據中心粵港澳大灣區分中心的建設，旨在為國家和地方建設提供直接服務。粵港澳大灣區分中心致力于發展基于高技術的材料腐蝕與防護“大數據”系列化采集技術，并構建全球領先的材料腐蝕大數據聯網觀測與研究平臺，推動裝備設施服役安全在線智能診斷技術的發展。

4年來，分中心已發展為年產值過千萬的高科技企業，成功實施了100多套腐蝕大數據監測系統，廣泛應用于橋梁等基礎設施的實時監測，通過實時數據采集與分析，提前預警潛在的腐蝕風險，并采取措施進行及時維護，從而有效延長設施的使用壽命并減少維護成本。澳門四橋重點工程整橋采用了腐蝕大數據監測系統百余套（圖4），覆蓋5個區域、36個橋梁位置、62個監測點位。通過實時采集和分析橋梁結構的腐蝕數據，提前預警潛在的腐蝕風險，及時采取維護措施，從而有效延長澳門四橋的使用壽命并降低維護成本。

圖4 澳門四橋重點工程應用

2.2 海上風電分中心

腐蝕問題成為海上風電產業亟待解決的技術難題。目前，海上風電腐蝕監測的分散化與數據范式不統一，導致尚未形成統一的腐蝕數據匯聚平臺，亟需在此領域搶抓機遇，突破現有瓶頸。因此，建設海上風電分中心并建立標準化的數據資源體系、統一的數據匯聚與共享平臺顯得尤為重要。自2021年起，國家材料腐蝕與防護科學數據中心聯合國家電網福建省電力有限公司，建立了海上風電分中心。致力于推動覆蓋全國的海上風電腐蝕監測體系建設，并打造海上風電腐蝕數字孿生平臺（圖5）。

圖5 海上風電分中心

海上風電分中心具備先進的腐蝕大數據采集、管理、分析和預警能力，成為具備全球影響力的大數據中心。該分中心的建設任務包括：

（1）收集并服務海上風電腐蝕數據資源；

（2）建設腐蝕試驗站點及聯網觀測能力；

（3）構建數據信息資源的標準化及質量體系；

（4）研發數據分析、挖掘工具與數據產品研制；

（5）推動數據資源的開放及共享服務。

海上風電分中心建設的成果涵蓋了多個層面。

• 在數據層面，分中心整合了環境數據、腐蝕數據、氣象數據與運行數據；

• 在模型層面，建立了環境演化模型和環境效應模型；

• 在應用層面，開展了虛擬仿真實驗、關鍵特性預測、服役壽命評價與故障診斷預警等工作。

這些研究成果填補了國家海上風電領域的野外觀測空白，支撐了海上風電腐蝕防護與智慧運維學科的發展，促進了先進耐蝕材料的研發，并為重大工程建設提供了技術支撐。

2.3 智慧鑄管?耐蝕鋼鐵材料數據中心

2023年，國家材料腐蝕與防護科學數據中心聯合新興鑄管股份有限公司，建立了中國首個耐蝕鋼鐵數據中心，并成功構建了鋼材環境適應性快速評價技術，為耐蝕鋼鐵材料的研發和生產提供了有力保障。這一創新性的技術平臺，顯著提升了鋼鐵行業特別是在腐蝕防護和材料研發領域的競爭力。

智慧鑄管?耐蝕鋼鐵材料數據中心通過集成多種傳感器、監測設備以及實驗室測試數據，為鋼鐵材料的腐蝕行為提供了實時、全面的監控能力。該數據中心的核心優勢之一是能夠在材料使用過程中實時預警腐蝕問題，及時進行有效應對，從而延長鋼鐵設施的使用壽命，并有效降低維修和替換成本。

智慧鑄管?耐蝕鋼鐵材料數據中心為鋼鐵行業帶來前所未有管理效能。提升了材料研發的精準度和效率，優化了設施設備的維護策略。通過這一技術平臺，行業能夠提高鑄管和耐蝕鋼材料的腐蝕防護水平，降低運營成本，并保障設備安全。其在全球范圍內耐蝕鋼筋市場表現突出。

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智慧工程應用

3.1 數據中心服務與應用成效

2021年7月，國家材料腐蝕與防護科學數據中心應用理事會正式成立，旨在推動中國材料腐蝕與防護領域的數據共享與技術創新。自成立以來，數據中心在國內外基礎設施與交通運輸、能源與石化、軍事與國防、航天與海洋工程、電子與通信及文化遺產保護多個領域取得了顯著成就，并為各類用戶提供了高效的服務。服務對象涵蓋了國有企業、科研機構、民營企業，以及多個海外用戶。

3.2 腐蝕大數據在多個領域的應用與技術成果

國家材料腐蝕與防護科學數據中心在多個領域取得顯著成果，推動了腐蝕大數據技術的應用與發展（圖6）。

圖6 智慧工程應用領域

在耐蝕鋼研發領域，國家材料腐蝕與防護科學數據中心依托前沿技術架構與海量數據積累，創新性地構建了一套融合腐蝕大數據分析、多維度性能模擬及全生命周期評估的高效評價技術體系。借助這一高效評價技術體系的強大支撐，數據中心目前已成功研發出8大核心系列、總計150余種高性能耐蝕鋼產品。

在高速鐵路領域，國家材料腐蝕與防護科學數據中心基于前沿技術研發的“材料服役行為在線監測系統”，已成功應用于路網實際運行的動車組全生命周期管理。該系統的規模化應用，不僅推動了高鐵材料實現了從經驗化運維全面轉向數字化、智能化管理的跨越，更在保障高鐵基礎設施的服役安全與全生命周期成本控制方面發揮了關鍵作用，為全球高速鐵路材料工程領域提供了可復制的中國方案。

在地下管網領域，國家材料腐蝕與防護科學數據中心融合物聯網、大數據與人工智能技術，成功開發出中國首套地下管網腐蝕大數據智能監測系統，并同步構建起覆蓋多維度數據的地下管網腐蝕數據庫。該技術體系不僅為智慧城市建設中地下基礎設施的運維安全提供了數字化保障，更通過腐蝕風險的精準管控，使管網運維成本降低30%以上，為城市生命線的智能化管理開辟了技術新路徑。

在海上平臺、艦船、管線及風電等重大裝備領域，數據中心構建起覆蓋全產業鏈的海洋材料腐蝕數據共享與聯網觀測體系，針對海上風電裝備關鍵材料開展長期動態監測，系統積累海洋極端環境下的材料環境適應性數據。該技術體系不僅推動了海洋工程材料從“經驗選型”向“數據驅動”的跨越，更通過全生命周期腐蝕數據的深度挖掘，為海上重大裝備的安全服役與運維提供了核心技術支撐。

在跨海大橋建設領域，數據中心為世界首座跨徑超大的雙層懸索橋——獅子洋大橋提供全鏈條技術支撐。同時，數據中心研發的智能腐蝕監測系統化身虎門大橋安全運維的“數字哨兵”。

在文物保護領域，數據中心深度融合材料科學與信息技術，創新開發出專為文物保護設計的腐蝕監測系統。該系統構建起“微觀?宏觀?動態”三位一體的文物保護監測體系，為解決文物在存儲、展陳環境中的腐蝕難題提供了數字化解決方案。相關技術在國家博物館、三星堆博物館等重要文物保護項目中均被應用。

在電子通信領域，數據中心為華為搭建起電子通信關鍵材料腐蝕數據庫及共享系統，構建起覆蓋材料全生命周期腐蝕演變的數字化管理體系。系統為國產通信設備的全球化布局提供了材料腐蝕防護的核心技術支撐。

在載人航天領域，數據中心針對空間站高真空、強輻射、極端溫差的特殊環境，研發出材料腐蝕等效加速模型，為中國空間站長期在軌安全運行提供了材料腐蝕防護的技術保障。

04

結論

腐蝕大數據技術已經成為材料腐蝕防護領域的重要研究范式，推動了國內外材料腐蝕監測網絡和數據共享平臺的建設，并促進了全球范圍的合作研究與技術創新，推動了腐蝕防護學科的標準化、技術創新和理論研究的深入發展。隨著科技的發展，尤其是物聯網、大數據和人工智能等前沿技術的廣泛應用，腐蝕大數據技術正在加速行業智能化、數字化轉型，成為解決腐蝕問題的重要工具。

隨著5G、物聯網技術和大數據的不斷進步，腐蝕大數據技術在未來將更加依賴于這些技術的綜合應用，物聯網多傳感器的野外實時大數據采集和智能化數據處理代表了技術發展的新方向。通過對腐蝕大數據的深入挖掘與分析，能夠更加精準地揭示腐蝕機理和過程演變，推動新型耐蝕材料和防護技術的研發。這些技術將為解決跨地區、跨行業的重大腐蝕問題提供強有力的技術支持，推動重大工程的安全建設。

在這一背景下，腐蝕大數據技術作為推動腐蝕防護領域發展的關鍵驅動力，肩負著促進技術轉型和跨領域合作的重要使命。腐蝕大數據技術將促進國內外資源整合與信息共享，引領腐蝕監測和防護技術的創新，推動新型耐蝕材料的研發及智能防護系統的應用，形成腐蝕大數據產業集群，為智慧社會建設和可持續發展提供強有力的技術支持。

本文作者：李眾，張曉虎，程學群，張達威，李曉剛

作者簡介：李眾，北京科技大學國家材料腐蝕與防護科學數據中心，副研究員，研究方向為腐蝕大數據及其應用；李曉剛（通信作者），北京科技大學國家材料腐蝕與防護科學數據中心，教授，研究方向為腐蝕大數據及其應用。

文章來 源 ： 李眾, 張曉虎, 程學群, 等. 腐蝕大數據技術及其智慧工程應用[J]. 科技導報, 2025, 43(17): 22?33.

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